תהליך וציוד מוליכים למחצה (7/7) - תהליך וציוד לגידול סרט דק

1. הקדמה

תהליך הצמדת חומרים (חומרי גלם) לפני השטח של חומרי המצע בשיטות פיזיקליות או כימיות נקרא צמיחת סרט דק.
על פי עקרונות עבודה שונים, ניתן לחלק את תצהיר סרט דק במעגל משולב ל:
-השקעת אדים פיזית (PVD);
-השקעת אדים כימית (CVD);
-הַרחָבָה.

 
2. תהליך צמיחת סרט דק

2.1 תהליך שקיעת אדים פיסי ותהליך קפיצה

תהליך שקיעת אדים פיזיקלי (PVD) מתייחס לשימוש בשיטות פיזיקליות כגון אידוי ואקום, קיצוץ, ציפוי פלזמה ואפיטקסית קרן מולקולרית ליצירת סרט דק על פני השטח של רקיק.

בתעשיית ה-VLSI, טכנולוגיית ה-PVD הנפוצה ביותר היא קיצוץ, המשמש בעיקר לאלקטרודות ולחיבורי מתכת של מעגלים משולבים. קפיצה היא תהליך שבו גזים נדירים [כגון ארגון (Ar)] מיוננים ליונים (כגון Ar+) תחת פעולת שדה חשמלי חיצוני בתנאי ואקום גבוה, ומפציצים את מקור המטרה החומרית בסביבה של מתח גבוה, דופק אטומים או מולקולות של חומר המטרה, ולאחר מכן הגעה אל פני השטח של הפרוסה ליצירת סרט דק לאחר תהליך טיסה ללא התנגשות. ל-Ar יש תכונות כימיות יציבות, והיונים שלו לא יגיבו כימית עם חומר המטרה והסרט. כאשר שבבי מעגל משולבים נכנסים לעידן חיבורי נחושת של 0.13 מיקרומטר, שכבת חומר מחסום הנחושת משתמשת בסרט טיטניום ניטריד (TiN) או טנטלום ניטריד (TaN). הביקוש לטכנולוגיה תעשייתית קידמה את המחקר והפיתוח של טכנולוגיית הקזת ריאקציה כימית, כלומר בתא הקיזוז, בנוסף ל-Ar, ישנו גם חנקן גז תגובתי (N2), כך שה-Ti או Ta מופצצים מה- חומר המטרה Ti או Ta מגיב עם N2 כדי ליצור את הסרט TiN או TaN הנדרש.

קיימות שלוש שיטות קיצוץ נפוצות, כלומר קימוץ DC, קימוץ RF וקיזת מגנטרון. ככל שהשילוב של מעגלים משולבים ממשיך לגדול, מספר השכבות של חיווט מתכת רב-שכבתי הולך וגדל, והיישום של טכנולוגיית PVD הופך יותר ויותר נרחב. חומרי PVD כוללים את Al-Si, Al-Cu, Al-Si-Cu, Ti, Ta, Co, TiN, TaN, Ni, WSi2 וכו'.

תהליכי PVD וקפיצה מסתיימים בדרך כלל בתא תגובה אטום מאוד עם דרגת ואקום של 1×10-7 עד 9×10-9 טור, מה שיכול להבטיח את טוהר הגז במהלך התגובה; במקביל, נדרש מתח גבוה חיצוני כדי ליינן את הגז הנדיר כדי ליצור מתח גבוה מספיק כדי להפציץ את המטרה. הפרמטרים העיקריים להערכת תהליכי PVD ו-sputtering כוללים את כמות האבק, כמו גם את ערך ההתנגדות, האחידות, עובי ההשתקפות והלחץ של הסרט שנוצר.

2.2 תהליך שקיעת אדים כימיים ותהליך ריזור

שקיעת אדים כימית (CVD) מתייחסת לטכנולוגיית תהליך שבה מגוון מגיבים גזים בעלי לחצים חלקיים שונים מגיבים כימית בטמפרטורה ולחץ מסוימים, והחומרים המוצקים הנוצרים מופקדים על פני חומר המצע כדי לקבל את הדק הרצוי. סֶרֶט. בתהליך הייצור המסורתי של מעגלים משולבים, חומרי הסרט הדק המתקבלים הם בדרך כלל תרכובות כגון תחמוצות, ניטרידים, קרבידים, או חומרים כגון סיליקון רב גבישי וסיליקון אמורפי. צמיחה אפיטקסיאלית סלקטיבית, שנמצאת בשימוש נפוץ יותר לאחר הצומת של 45 ננומטר, כגון צמיחה אפיטקסיאלית סלקטיבית של מקור וניקוז או Si, היא גם טכנולוגיית CVD.

טכנולוגיה זו יכולה להמשיך ליצור חומרים בודדים של גביש מאותו סוג או דומה לסריג המקורי על מצע גבישי בודד של סיליקון או חומרים אחרים לאורך הסריג המקורי. CVD נמצא בשימוש נרחב בגידול של סרטים דיאלקטריים מבודדים (כגון SiO2, Si3N4 ו-SiON וכו') וסרטי מתכת (כגון טונגסטן וכו').

באופן כללי, על פי סיווג הלחץ, ניתן לחלק את ה-CVD לתצהיר כימי בלחץ אטמוספרי (APCVD), בתצהיר כימי בלחץ תת-אטמוספירה (SAPCVD) ותצהיר כימי בלחץ נמוך (LPCVD).

על פי סיווג הטמפרטורה, ניתן לחלק את ה-CVD לתצהיר כימי של סרט תחמוצת בטמפרטורה גבוהה/נמוכה (HTO/LTO CVD) ותצהיר כימי תרמי מהיר (Rapid Thermal CVD, RTCVD);

על פי מקור התגובה, ניתן לחלק CVD ל-CVD מבוסס סילאן, CVD מבוסס פוליאסטר (TEOS-based CVD) ותצהיר כימי אורגני מתכתי (MOCVD);

על פי סיווג האנרגיה, ניתן לחלק את ה-CVD לשקיעת אדים כימית תרמית (Thermal CVD), שקיעת אדים כימית משופרת בפלזמה (Plasma Enhanced CVD, PECVD) ותצהיר כימי פלזמה בצפיפות גבוהה (High Density Plasma CVD, HDPCVD). לאחרונה פותחה גם שקיעת אדים כימית ניתנת לזרימה (Flowable CVD, FCVD) עם יכולת מילוי מרווחים מצוינת.

לסרטים שונים הגדלים ב-CVD יש תכונות שונות (כגון הרכב כימי, קבוע דיאלקטרי, מתח, מתח ומתח התפרקות) וניתן להשתמש בהם בנפרד בהתאם לדרישות התהליך השונות (כגון טמפרטורה, כיסוי שלבים, דרישות מילוי וכו').

2.3 תהליך שקיעת שכבה אטומית

שקיעת שכבה אטומית (ALD) מתייחסת לתצהיר של אטומים שכבה אחר שכבה על חומר מצע על ידי גידול סרט אטומי בודד שכבה אחר שכבה. ALD טיפוסי מאמץ את השיטה של ​​הזנת מבשרי גזים לתוך הכור בצורה פעימה לסירוגין.

לדוגמה, ראשית, מבשר התגובה 1 מוכנס למשטח המצע, ולאחר ספיחה כימית, נוצרת שכבה אטומית אחת על פני המצע; ואז המבשר 1 שנותר על פני המצע ובתא התגובה נשאב החוצה על ידי משאבת אוויר; אז מבשר התגובה 2 מוכנס למשטח המצע, ומגיב כימית עם המבשר 1 שנספג על פני המצע כדי ליצור את חומר הסרט הדק המתאים ואת תוצרי הלוואי המתאימים על פני המצע; כאשר המבשר 1 יגיב לחלוטין, התגובה תסתיים אוטומטית, שהיא המאפיין המגביל העצמי של ALD, ואז שאר המגיבים ותוצרי הלוואי מחולצים כדי להתכונן לשלב הבא של הצמיחה; על ידי חזרה על התהליך לעיל באופן רציף, ניתן להשיג את השקת חומרי הסרט הדק שגדלו שכבה אחר שכבה עם אטומים בודדים.

הן ALD והן CVD הן דרכים להחדרת מקור תגובה כימית גזי כדי להגיב כימית על פני המצע, אך ההבדל הוא שלמקור התגובה הגזית של CVD אין את המאפיין של צמיחה מגבילה עצמית. ניתן לראות שהמפתח לפיתוח טכנולוגיית ALD הוא למצוא מבשרים בעלי תכונות תגובה מגבילות עצמית.

2.4 תהליך אפיטקסיאלי

תהליך אפיטקסיאלי מתייחס לתהליך של גידול שכבת גביש בודדת מסודרת לחלוטין על מצע. באופן כללי, התהליך האפיטקסיאלי הוא לגדל שכבת גביש בעלת כיוון סריג זהה למצע המקורי על מצע גביש יחיד. תהליך אפיטקסיאלי נמצא בשימוש נרחב בייצור מוליכים למחצה, כגון פרוסות סיליקון אפיטקסיאליות בתעשיית המעגלים המשולבים, צמיחה אפיטקסיאלית מקור וניקוז של טרנזיסטורי MOS, צמיחה אפיטקסיאלית על מצעי LED וכו'.

על פי מצבי הפאזה השונים של מקור הגידול, ניתן לחלק את שיטות הגידול האפיטקסיאליות לאפיטקסיה של פאזה מוצקה, אפיטקסיה של פאזה נוזלית ואפיטקסית פאזה אדים. בייצור מעגלים משולבים, השיטות האפיטקסיאליות הנפוצות הן אפיטקסיית פאזה מוצקה ואפיטקסית פאזה אדים.

אפיטקסיית פאזה מוצקה: מתייחסת לצמיחה של שכבת גביש בודדת על מצע באמצעות מקור מוצק. לדוגמה, חישול תרמי לאחר השתלת יונים הוא למעשה תהליך אפיטקסיה מוצק. במהלך השתלת יונים, אטומי הסיליקון של פרוסת הסיליקון מופגזים על ידי יונים מושתלים באנרגיה גבוהה, עוזבים את עמדות הסריג המקוריות שלהם והופכים לאמורפיים, ויוצרים שכבת סיליקון אמורפית על פני השטח. לאחר חישול תרמי בטמפרטורה גבוהה, האטומים האמורפיים חוזרים לעמדות הסריג שלהם ונשארים עקביים עם כיוון הגביש האטומי בתוך המצע.

שיטות הצמיחה של אפיטקסיית פאז האדים כוללות אפיטקסיית פאזה אדים כימית, אפיטקסיה של קרן מולקולרית, אפיטקסיה של שכבה אטומית וכו'. בייצור מעגלים משולבים, אפיטקסיית פאזה אדים כימית היא הנפוצה ביותר בשימוש. העיקרון של שלב האדים הכימיים זהה בעצם לזה של שקיעת האדים הכימיים. שניהם תהליכים המפקידים סרטים דקים על ידי תגובה כימית על פני השטח של פרוסות לאחר ערבוב גז.

ההבדל הוא שבגלל שהאפיטה של ​​שלב האדים הכימי מצמיח שכבת גביש אחת, יש לה דרישות גבוהות יותר לתכולת הטומאה בציוד ולניקיון משטח הוופל. תהליך הסיליקון האפיטקסיאלי בשלב האדים הכימי המוקדם צריך להתבצע בתנאי טמפרטורה גבוהים (מעל 1000 מעלות צלזיוס). עם שיפור ציוד התהליך, במיוחד האימוץ של טכנולוגיית תא החלפת ואקום, השתפר מאוד הניקיון של חלל הציוד ופני השטח של פרוסת הסיליקון, וניתן לבצע אפיטקס סיליקון בטמפרטורה נמוכה יותר (600-700° ג). תהליך פרוסת הסיליקון האפיטקסיאלי הוא לגדל שכבה של סיליקון גביש בודד על פני השטח של פרוסת הסיליקון.

בהשוואה למצע הסיליקון המקורי, לשכבת הסיליקון האפיטקסיאלית יש טוהר גבוה יותר ופחות פגמי סריג, ובכך משפרת את התפוקה של ייצור מוליכים למחצה. בנוסף, ניתן לעצב בצורה גמישה את עובי הצמיחה וריכוז הסימום של שכבת הסיליקון האפיטקסיאלית שגדלה על פרוסת הסיליקון, מה שמביא גמישות לעיצוב המכשיר, כגון הפחתת התנגדות המצע ושיפור בידוד המצע. התהליך האפיטקסיאלי המשובץ מקור-נקז הוא טכנולוגיה בשימוש נרחב בצמתי טכנולוגיות לוגיקה מתקדמת.

זה מתייחס לתהליך של גידול אפיטקסיאלי של סיליקון גרמניום מסומם או סיליקון באזורי המקור והניקוז של טרנזיסטורי MOS. היתרונות העיקריים של הצגת התהליך האפיטקסיאלי המשובץ מקור-נקז כוללים: גידול שכבה פסאודו-קריסטלית המכילה מתח עקב הסתגלות סריג, שיפור ניידות נושאת התעלה; סימום במקום של המקור והניקוז יכול להפחית את ההתנגדות הטפילית של צומת המקור-ניקוז ולהפחית את הפגמים של השתלת יונים באנרגיה גבוהה.

3. ציוד לגידול סרט דק

3.1 ציוד אידוי ואקום

אידוי ואקום היא שיטת ציפוי המחממת חומרים מוצקים בתא ואקום כדי לגרום להם להתאדות, להתאדות או לסובלימציה, ולאחר מכן להתעבות ולהתפקד על פני חומר המצע בטמפרטורה מסוימת.

בדרך כלל הוא מורכב משלושה חלקים, כלומר מערכת הוואקום, מערכת האידוי ומערכת החימום. מערכת הוואקום מורכבת מצינורות ואקום ומשאבות ואקום, ותפקידה העיקרי הוא לספק סביבת ואקום מוסמכת לאידוי. מערכת האידוי מורכבת מטבלת אידוי, רכיב חימום ורכיב מדידת טמפרטורה.

חומר המטרה שיש לאדות (כגון Ag, Al וכו') מונח על שולחן האידוי; רכיב החימום ומדידת הטמפרטורה הוא מערכת בלולאה סגורה המשמשת לשליטה בטמפרטורת האידוי כדי להבטיח אידוי חלק. מערכת החימום מורכבת משלב רקיק ורכיב חימום. שלב הפרוסים משמש להצבת המצע עליו צריך לאדות את הסרט הדק, ורכיב החימום משמש למימוש חימום המצע ובקרת משוב מדידת טמפרטורה.

סביבת הוואקום היא תנאי חשוב מאוד בתהליך אידוי הוואקום, הקשור לקצב האידוי ולאיכות הסרט. אם דרגת הוואקום אינה עומדת בדרישות, האטומים או המולקולות המאודים יתנגשו לעתים קרובות במולקולות הגז שיוריות, ויהפכו את הנתיב החופשי הממוצע שלהן קטן יותר, והאטומים או המולקולות יתפזרו בצורה חמורה, ובכך ישנו את כיוון התנועה ויפחיתו את הסרט. קצב היווצרות.

בנוסף, עקב נוכחותן של מולקולות גז זיהומים שיוריות, הסרט המופקד מזוהם מאוד ואיכותו ירודה, במיוחד כאשר קצב עליית הלחץ של החדר אינו עומד בתקן ויש דליפה, אוויר ידלוף לתוך תא הוואקום , שתהיה לה השפעה רצינית על איכות הסרט.

המאפיינים המבניים של ציוד האידוי בוואקום קובעים שהאחידות של הציפוי על מצעים בגודל גדול ירודה. על מנת לשפר את אחידותו, שיטת הגדלת מרחק המקור-מצע וסיבוב המצע מאומצת בדרך כלל, אך הגדלת מרחק המקור-מצע תקריב את קצב הצמיחה וטוהר הסרט. יחד עם זאת, עקב הגדלת חלל הוואקום, מופחת קצב הניצול של החומר המתאדה.

3.2 ציוד שיקוע אדי DC

שקיעת אדים פיזיקלית של זרם ישר (DCPVD) ידועה גם כקריזת קתודה או קימוע דו-שלבי של DC. חומר היעד של קיצוץ DC בוואקום משמש כקתודה והמצע משמש כאנודה. קפיצת ואקום היא יצירת פלזמה על ידי יינון גז התהליך.

החלקיקים הטעונים בפלזמה מואצים בשדה החשמלי כדי לקבל כמות מסוימת של אנרגיה. החלקיקים בעלי אנרגיה מספקת מפציצים את פני חומר המטרה, כך שאטומי המטרה ניתזים החוצה; האטומים המקרטעים בעלי אנרגיה קינטית מסוימת נעים לעבר המצע ויוצרים סרט דק על פני המצע. הגז המשמש לקריסה הוא בדרך כלל גז נדיר, כגון ארגון (Ar), כך שהסרט הנוצר בקפיצה לא יהיה מזוהם; בנוסף, הרדיוס האטומי של ארגון מתאים יותר לקפיצה.

גודל החלקיקים המקרטעים חייב להיות קרוב לגודל אטומי המטרה לקריזה. אם החלקיקים גדולים מדי או קטנים מדי, לא ניתן להיווצר קיצוץ יעיל. בנוסף לגורם הגודל של האטום, גורם המסה של האטום ישפיע גם על איכות הקפיצה. אם מקור החלקיקים המקרטעים קל מדי, אטומי המטרה לא יקופצו; אם החלקיקים המקרטעים כבדים מדי, המטרה "תכופף" והמטרה לא תוקפץ.

חומר המטרה המשמש ב-DCPVD חייב להיות מוליך. הסיבה לכך היא שכאשר יוני הארגון בגז התהליך מפציצים את חומר המטרה, הם יתחברו מחדש עם האלקטרונים על פני חומר המטרה. כאשר חומר המטרה הוא מוליך כגון מתכת, האלקטרונים הנצרכים על ידי ריקומבינציה זו מתמלאים ביתר קלות על ידי אספקת החשמל ואלקטרונים חופשיים בחלקים אחרים של חומר המטרה באמצעות הולכה חשמלית, כך שפני השטח של חומר המטרה כ השלם נשאר טעון שלילי והקילוח נשמר.

להיפך, אם חומר המטרה הוא מבודד, לאחר שילובם מחדש של האלקטרונים על פני חומר המטרה, לא ניתן לחדש את האלקטרונים החופשיים בחלקים אחרים של חומר המטרה על ידי הולכה חשמלית, ואפילו מטענים חיוביים יצטברו על פני השטח של חומר המטרה, מה שגורם לפוטנציאל חומר המטרה לעלות, והמטען השלילי של חומר המטרה נחלש עד שהוא נעלם, מה שמוביל בסופו של דבר להפסקת הקפיצה.

לכן, על מנת להפוך חומרי בידוד לשמישים גם לקילוח, יש צורך למצוא שיטת רטייה אחרת. קריעת תדר רדיו היא שיטת קימוט המתאימה למטרות מוליכות ולא מוליכות כאחד.

חסרון נוסף של DCPVD הוא שמתח ההצתה גבוה והפצצת האלקטרונים על המצע חזקה. דרך יעילה לפתור בעיה זו היא שימוש בקריסת מגנטרון, כך שקריזת מגנטרון היא באמת בעלת ערך מעשי בתחום המעגלים המשולבים.

3.3 ציוד לתצהיר אדים RF

השקעת אדים פיזית בתדר רדיו (RFPVD) משתמשת בכוח תדר רדיו כמקור העירור והיא שיטת PVD המתאימה למגוון חומרים מתכתיים ולא מתכתיים.

התדרים הנפוצים של ספק הכוח RF המשמשים ב-RFPVD הם 13.56MHz, 20MHz ו-60MHz. המחזורים החיוביים והשליליים של ספק כוח ה-RF מופיעים לסירוגין. כאשר מטרת ה-PVD נמצאת בחצי המחזור החיובי, מכיוון שמשטח המטרה נמצא בפוטנציאל חיובי, האלקטרונים באווירת התהליך יזרמו אל משטח המטרה כדי לנטרל את המטען החיובי שנצבר על פניו, ואף ימשיכו לצבור אלקטרונים, הפיכת פני השטח שלו למוטים לרעה; כאשר מטרת הקפיצה נמצאת בחצי המחזור השלילי, היונים החיוביים ינועו לעבר המטרה וינטרלו חלקית על פני המטרה.

הדבר הקריטי ביותר הוא שמהירות התנועה של אלקטרונים בשדה החשמלי RF היא הרבה יותר מהירה מזו של יונים חיוביים, בעוד הזמן של חצי המחזור החיובי והשלילי זהה, כך שלאחר מחזור שלם, משטח המטרה יהיה "נטו" טעון שלילי. לכן, במחזורים הראשונים, המטען השלילי של משטח המטרה מראה מגמת עלייה; לאחר מכן, משטח המטרה מגיע לפוטנציאל שלילי יציב; לאחר מכן, מכיוון שלמטען השלילי של המטרה יש השפעה דוחה על אלקטרונים, כמות המטענים החיוביים והשליליים המתקבלים באלקטרודת המטרה נוטה להתאזן, והמטרה מציגה מטען שלילי יציב.

מהתהליך לעיל, ניתן לראות שלתהליך של היווצרות מתח שלילי אין שום קשר למאפיינים של חומר המטרה עצמו, כך ששיטת RFPVD יכולה לא רק לפתור את בעיית הקפיצה של מטרות בידוד, אלא גם תואמת היטב. עם מטרות מוליכי מתכת קונבנציונליות.

3.4 ציוד לקמץ מגנטרונים

מקרטעת מגנטרונים היא שיטת PVD המוסיפה מגנטים לחלק האחורי של המטרה. המגנטים שנוספו ומערכת ספק הכוח DC (או ספק כוח AC) יוצרים מקור מקרטעת מגנטרון. מקור הקיזוז משמש ליצירת שדה אלקטרומגנטי אינטראקטיבי בתא, לכידת והגבלת טווח התנועה של אלקטרונים בפלזמה בתוך החדר, להרחיב את נתיב התנועה של אלקטרונים, וכך להגדיל את ריכוז הפלזמה, ובסופו של דבר להשיג יותר תַצהִיר.

בנוסף, מכיוון שיותר אלקטרונים קשורים ליד פני השטח של המטרה, הפצצת המצע על ידי אלקטרונים מצטמצמת, וטמפרטורת המצע מצטמצמת. בהשוואה לטכנולוגיית ה-DCPVD השטוח, אחד המאפיינים הברורים ביותר של טכנולוגיית שקיעת אדים פיזית של מגנטרון היא שמתח פריקת ההצתה נמוך ויציב יותר.

בגלל ריכוז הפלזמה הגבוה יותר ותפוקת הקפיצה הגדולה יותר, הוא יכול להשיג יעילות השקיעה מצוינת, בקרת עובי השקיעה בטווח גדלים גדול, בקרת הרכב מדויקת ומתח הצתה נמוך יותר. לכן, קיצוץ מגנטרון נמצא בעמדה דומיננטית ב-PVD של סרט המתכת הנוכחי. התכנון הפשוט ביותר של מקור הקזת המגנטרון הוא הצבת קבוצת מגנטים על גב המטרה השטוחה (מחוץ למערכת הוואקום) כדי ליצור שדה מגנטי במקביל למשטח המטרה באזור מקומי על משטח המטרה.

אם מניחים מגנט קבוע, השדה המגנטי שלו קבוע יחסית, וכתוצאה מכך חלוקת שדה מגנטי קבועה יחסית על פני המטרה בתא. רק חומרים באזורים ספציפיים של המטרה מקרזים, קצב ניצול היעד נמוך, והאחידות של הסרט המוכן גרועה.

קיימת סבירות מסוימת שהמתכת המקרטעת או חלקיקי חומר אחר יופקדו בחזרה על משטח המטרה, ובכך יצטברו לחלקיקים ויווצרו זיהום פגם. לכן, מקורות מסחריים לקריסת מגנטרון משתמשים בעיקר בעיצוב מגנט מסתובב כדי לשפר את אחידות הסרט, קצב ניצול היעד וקיזת מטרה מלאה.

חשוב לאזן בין שלושת הגורמים הללו. אם האיזון אינו מטופל היטב, הדבר עלול לגרום לאחידות סרט טובה תוך הפחתה משמעותית של קצב ניצול היעד (קיצור חיי היעד), או אי השגת קיצוץ מטרה מלא או קורוזיה מלאה של מטרה, מה שיגרום לבעיות חלקיקים במהלך הקפיצה. תַהֲלִיך.

בטכנולוגיית magnetron PVD, יש צורך לקחת בחשבון את מנגנון תנועת המגנט המסתובב, צורת המטרה, מערכת קירור המטרה ומקור הקזת המגנטרון, כמו גם את התצורה הפונקציונלית של הבסיס הנושא את הפרוסה, כגון ספיחת רקיק ובקרת טמפרטורה. בתהליך ה-PVD, טמפרטורת הוופל נשלטת כדי לקבל את המבנה הגבישי הנדרש, גודל הגרגירים והכיוון, כמו גם את יציבות הביצועים.

היות והולכת החום בין גב הרקיק למשטח הבסיס דורשת לחץ מסוים, לרוב בסדר גודל של מספר טורים, ולחץ העבודה של החדר הוא לרוב בסדר גודל של מספר מטרור, הלחץ על הגב של הפרוסה גדולה בהרבה מהלחץ על המשטח העליון של הפרוסה, ולכן יש צורך בצ'אק מכני או בצ'אק אלקטרוסטטי כדי למקם ולהגביל את הפרוסה.

הצ'אק המכני מסתמך על המשקל שלו ועל קצה הפרוסה כדי להשיג פונקציה זו. למרות שיש לו את היתרונות של מבנה פשוט וחוסר רגישות לחומר של הפרוסה, השפעת הקצה של הפרוסה ברורה, מה שלא תורם לבקרה קפדנית של חלקיקים. לכן, הוא הוחלף בהדרגה על ידי צ'אק אלקטרוסטטי בתהליך הייצור של IC.

עבור תהליכים שאינם רגישים במיוחד לטמפרטורה, ניתן להשתמש גם בשיטת מדפים ללא מגע ללא קצה (ללא הפרש לחצים בין המשטח העליון והתחתון של הפרוסה). במהלך תהליך ה-PVD, רירית החדר ומשטח החלקים במגע עם הפלזמה יופקדו ויכוסו. כאשר עובי הסרט שהופקד חורג מהמגבלה, הסרט ייסדק ויתקלף, ויגרום לבעיות חלקיקים.

לכן, טיפול פני השטח של חלקים כגון בטנה הוא המפתח להרחבת גבול זה. התזת חול משטח והתזת אלומיניום הן שתי שיטות נפוצות, שמטרתן להגביר את חספוס פני השטח כדי לחזק את הקשר בין הסרט לבין משטח הבטנה.

3.5 ציוד להשקעת אדים פיסי יינון

עם הפיתוח המתמשך של טכנולוגיית המיקרו-אלקטרוניקה, גדלי התכונות הופכים קטנים יותר ויותר. מכיוון שטכנולוגיית PVD אינה יכולה לשלוט בכיוון השקיעה של חלקיקים, היכולת של PVD להיכנס דרך חורים וערוצים צרים עם יחסי רוחב-גובה מוגבלת, מה שהופך את היישום המורחב של טכנולוגיית PVD מסורתית למאתגרת יותר ויותר. בתהליך PVD, ככל שיחס הגובה-רוחב של חריץ הנקבוביות גדל, הכיסוי בתחתית פוחת, יוצר מבנה תלוי דמוי גג בפינה העליונה, ויוצר את הכיסוי החלש ביותר בפינה התחתונה.

טכנולוגיית שקיעת אדים פיזית מיונן פותחה כדי לפתור בעיה זו. תחילה הוא מבצע פלזמה של אטומי המתכת המקרטעים מהמטרה בדרכים שונות, ולאחר מכן מתאים את מתח ההטיה המוטען על הפרוסה כדי לשלוט בכיוון ובאנרגיה של יוני המתכת כדי להשיג זרימת יוני מתכת כיוונית יציבה להכנת סרט דק, ובכך לשפר הכיסוי של החלק התחתון של השלבים של יחס רוחב-גובה גבוה דרך חורים ותעלות צרות.

המאפיין האופייני לטכנולוגיית פלזמה מתכת מיוננת הוא הוספת סליל תדר רדיו בתא. במהלך התהליך, לחץ העבודה של החדר נשמר במצב גבוה יחסית (פי 5 עד 10 מלחץ העבודה הרגיל). במהלך PVD, סליל תדר הרדיו משמש ליצירת אזור הפלזמה השני, שבו ריכוז הפלזמה של הארגון עולה עם העלייה בכוח תדר הרדיו ולחץ הגז. כאשר אטומי המתכת שמנתזים מהמטרה עוברים באזור זה, הם מקיימים אינטראקציה עם פלזמת הארגון בצפיפות גבוהה ליצירת יוני מתכת.

החלת מקור RF על מנשא הפרוסות (כגון צ'אק אלקטרוסטטי) יכולה להגביר את ההטיה השלילית על הפרוסה כדי למשוך יונים חיוביים ממתכת לתחתית חריץ הנקבוביות. זרימת יוני מתכת כיוונית זו בניצב למשטח הפרוסים משפרת את הכיסוי התחתון של המדרגות של נקבוביות יחס רוחב-גובה גבוה ותעלות צרות.

ההטיה השלילית המופעלת על הפרוסה גורמת גם ליונים להפציץ את משטח הפרוסה (קריזול הפוך), מה שמחליש את המבנה התלוי של הפה של חריץ הנקבוביות ומנתז את הסרט המופקד בתחתית על הדפנות שבפינות תחתית הנקבובית. חריץ, ובכך משפר את כיסוי המדרגות בפינות.

3.6 ציוד להשקעת אדים כימיים בלחץ אטמוספרי

ציוד כימי בלחץ אטמוספרי (APCVD) מתייחס למכשיר שמתיז מקור תגובה גז במהירות קבועה על פני מצע מוצק מחומם בסביבה עם לחץ קרוב ללחץ אטמוספרי, מה שגורם למקור התגובה להגיב כימית על משטח המצע, ותוצר התגובה מופקד על פני המצע ליצירת סרט דק.

ציוד APCVD הוא ציוד ה-CVD המוקדם ביותר והוא עדיין בשימוש נרחב בייצור תעשייתי ובמחקר מדעי. ניתן להשתמש בציוד APCVD להכנת סרטים דקים כגון סיליקון גבישי יחיד, סיליקון פוליגריסטלי, דו תחמוצת סיליקון, תחמוצת אבץ, טיטניום דו חמצני, זכוכית פוספוסיליקאט וזכוכית בורופפוסיליקאט.

3.7 ציוד לשקיעת אדים כימיים בלחץ נמוך

ציוד כימיקלים בלחץ נמוך (LPCVD) מתייחס לציוד שמשתמש בחומרי גלם גזים כדי להגיב כימית על פני מצע מוצק תחת סביבה מחוממת (350-1100 מעלות צלזיוס) ובלחץ נמוך (10-100 מטרטור), וכן המגיבים מופקדים על פני המצע ליצירת סרט דק. ציוד LPCVD פותח על בסיס APCVD כדי לשפר את איכות הסרטים הדקים, לשפר את אחידות ההפצה של פרמטרים אופייניים כגון עובי הסרט והתנגדות, ולשפר את יעילות הייצור.

המאפיין העיקרי שלו הוא שבסביבת שדה תרמי בלחץ נמוך, גז התהליך מגיב כימית על פני מצע הפרוסות, ותוצרי התגובה מופקדים על פני המצע ליצירת סרט דק. לציוד LPCVD יתרונות בהכנת סרטים דקים באיכות גבוהה וניתן להשתמש בו להכנת סרטים דקים כגון תחמוצת סיליקון, סיליקון ניטריד, פוליסיליקון, סיליקון קרביד, גליום ניטריד וגרפן.

בהשוואה ל-APCVD, סביבת התגובה בלחץ נמוך של ציוד LPCVD מגדילה את הנתיב החופשי הממוצע ומקדם הדיפוזיה של הגז בתא התגובה.

ניתן לפזר את גז התגובה ומולקולות הגז הנשא בתא התגובה באופן שווה תוך זמן קצר, ובכך לשפר מאוד את אחידות עובי הסרט, אחידות ההתנגדות וכיסוי השלבים של הסרט, וגם צריכת גז התגובה קטנה. בנוסף, סביבת הלחץ הנמוך גם מאיצה את מהירות ההולכה של חומרי גז. ניתן להוציא זיהומים ותוצרי לוואי של התגובה המפוזרים מהמצע במהירות מאזור התגובה דרך שכבת הגבול, וגז התגובה עובר במהירות דרך שכבת הגבול כדי להגיע למשטח המצע לצורך תגובה, ובכך למעשה לדכא את הסימום העצמי, הכנה סרטים באיכות גבוהה עם אזורי מעבר תלולים, וגם שיפור יעילות הייצור.

3.8 ציוד לשקיעת אדים כימית משופרת בפלזמה

שקיעת אדים כימית מוגברת בפלזמה (PECVD) היא t בשימוש נרחבטכנולוגיית התקנת סרט הין. במהלך תהליך הפלזמה, המבשר הגזי מיונן תחת פעולת הפלזמה ליצירת קבוצות פעילות נרגשות, המתפזרות אל פני המצע ולאחר מכן עוברות תגובות כימיות להשלמת צמיחת הסרט.

על פי תדירות יצירת הפלזמה, ניתן לחלק את הפלזמה המשמשת ב-PECVD לשני סוגים: פלזמה בתדר רדיו (RF plasma) ופלזמה מיקרוגל (Microwave plasma). נכון לעכשיו, תדר הרדיו המשמש בתעשייה הוא בדרך כלל 13.56MHz.

כניסתה של פלזמה בתדר רדיו מחולקת בדרך כלל לשני סוגים: צימוד קיבולי (CCP) וצימוד אינדוקטיבי (ICP). שיטת הצימוד הקיבולי היא בדרך כלל שיטת תגובת פלזמה ישירה; בעוד ששיטת הצימוד האינדוקטיבי יכולה להיות שיטת פלזמה ישירה או שיטת פלזמה מרוחקת.

בתהליכי ייצור מוליכים למחצה, PECVD משמש לעתים קרובות לגידול סרטים דקים על מצעים המכילים מתכות או מבנים רגישים לטמפרטורה אחרים. לדוגמה, בתחום חיבור מתכת אחורית של מעגלים משולבים, מאחר שמבני המקור, השער והניקוז של המכשיר נוצרו בתהליך הקצה הקדמי, הצמיחה של סרטים דקים בתחום חיבור המתכת נתונה לאילוצי תקציב תרמיים קפדניים מאוד, אז זה בדרך כלל הושלם עם סיוע פלזמה. על ידי התאמת פרמטרי תהליך הפלזמה, ניתן להתאים ולמטב את הצפיפות, ההרכב הכימי, תכולת הטומאה, הקשיחות המכנית והלחץ של הסרט הדק שגדל על ידי PECVD בטווח מסוים.

3.9 ציוד לתצהיר שכבה אטומית

שכבה אטומית (ALD) היא טכנולוגיית שקיעת סרט דק הצומחת מעת לעת בצורה של שכבה כמו-מונואטומית. המאפיין שלו הוא שניתן להתאים במדויק את עובי הסרט שהופקד על ידי שליטה במספר מחזורי הצמיחה. שלא כמו תהליך שקיעת האדים הכימיים (CVD), שני המבשרים (או יותר) בתהליך ALD עוברים לסירוגין דרך פני המצע ומבודדים למעשה על ידי טיהור גז נדיר.

שני הפרקורסורים לא יתערבבו ויפגשו בשלב הגז כדי להגיב כימית, אלא רק יגיבו באמצעות ספיחה כימית על פני המצע. בכל מחזור ALD, כמות הפרקורסור שנספג על פני המצע קשורה לצפיפות הקבוצות הפעילות על פני המצע. כאשר הקבוצות התגובתיות על פני המצע מותשות, גם אם מוכנס עודף של מבשר, לא תתרחש ספיחה כימית על פני המצע.

תהליך תגובה זה נקרא תגובה מגבילה עצמית משטח. מנגנון תהליך זה הופך את עובי הסרט שגדל בכל מחזור של תהליך ה-ALD לקבוע, כך שלתהליך ה-ALD יש את היתרונות של בקרת עובי מדויקת וכיסוי צעדי סרט טוב.

3.10 ציוד אפיטקסיה מולקולרית לקורה

מערכת מולקולרית קרן אפיטה (MBE) מתייחסת למכשיר אפיטקסיאלי המשתמש בקרנית אטומית או קרן מולקולרית של אנרגיה תרמית אחת או יותר כדי לרסס על פני המצע המחומם במהירות מסוימת בתנאי ואקום גבוה במיוחד, ולספוג ולנדוד על פני המצע. להצמיח סרטים דקים בצורת גביש יחיד לאורך כיוון ציר הגביש של חומר המצע. בדרך כלל, בתנאי חימום על ידי תנור סילון עם מגן חום, מקור הקרן יוצר קרן אטומית או קרן מולקולרית, והסרט גדל שכבה אחר שכבה לאורך כיוון ציר הגביש של חומר המצע.

המאפיינים שלו הם טמפרטורת צמיחה אפיטקסיאלית נמוכה, וניתן לשלוט במדויק על העובי, הממשק, ההרכב הכימי וריכוז הטומאה ברמה האטומית. למרות ש-MBE מקורו בהכנת סרטי גביש בודדים דקים במיוחד מוליכים למחצה, היישום שלו התרחב כעת למגוון מערכות חומרים כגון מתכות ודיאלקטריות מבודדות, והוא יכול להכין III-V, II-VI, סיליקון, סיליקון גרמניום (SiGe ), גרפן, תחמוצות וסרטים אורגניים.

מערכת ה-molecular beam epitaxy (MBE) מורכבת בעיקר ממערכת ואקום גבוה במיוחד, מקור קרן מולקולרי, מערכת קיבוע וחימום מצע, מערכת העברת דגימות, מערכת ניטור במקום, מערכת בקרה ובדיקה. מַעֲרֶכֶת.

מערכת הוואקום כוללת משאבות ואקום (משאבות מכניות, משאבות מולקולריות, משאבות יונים ומשאבות עיבוי ועוד) ושסתומים שונים, היכולים ליצור סביבת גידול ואקום גבוה במיוחד. דרגת הוואקום הניתנת להשגה בדרך כלל היא 10-8 עד 10-11 טור. למערכת הוואקום יש בעיקר שלושה תאי עבודה בוואקום, כלומר תא הזרקת הדגימה, תא הטיפול המקדים וניתוח פני השטח ותא הגידול.

תא הזרקת המדגם משמש להעברת דגימות לעולם החיצון כדי להבטיח את תנאי הוואקום הגבוהים של חדרים אחרים; תא הטיפול המקדים וניתוח פני השטח מחבר את תא הזרקת הדגימה ותא הגידול, ותפקידו העיקרי הוא לעבד את הדגימה מראש (הסרת גז בטמפרטורה גבוהה כדי להבטיח את הניקיון המלא של משטח המצע) ולבצע ניתוח משטח ראשוני על מדגם ניקה; תא הגידול הוא חלק הליבה של מערכת MBE, המורכב בעיקר מתנור מקור ומכלול התריסים המתאים לו, קונסולת בקרה לדוגמה, מערכת קירור, עקיפה אלקטרונית באנרגיה גבוהה (RHEED) ומערכת ניטור במקום. . לחלק מציוד MBE לייצור יש מספר תצורות של תאי צמיחה. התרשים הסכמטי של מבנה ציוד MBE מוצג להלן:

MBE של חומר סיליקון משתמש בסיליקון בטוהר גבוה כחומר גלם, גדל בתנאי ואקום גבוה במיוחד (10-10~10-11Torr), וטמפרטורת הגידול היא 600 ~ 900℃, עם Ga (סוג P) ו-Sb ( N-type) כמקורות סימום. מקורות סימום נפוצים כגון P, As ו-B משמשים לעתים רחוקות כמקורות אלומה מכיוון שקשה לאידוי אותם.

לתא התגובה של MBE יש סביבת ואקום גבוהה במיוחד, מה שמגדיל את הנתיב החופשי הממוצע של מולקולות ומפחית זיהום וחמצון על פני חומר הגידול. לחומר האפיטקסיאלי שהוכן יש מורפולוגיה טובה ואחידות פני השטח, וניתן להפוך אותו למבנה רב שכבתי עם סימום שונה או מרכיבי חומר שונים.

טכנולוגיית MBE משיגה צמיחה חוזרת ונשנית של שכבות אפיטקסיאליות דקות במיוחד בעובי של שכבה אטומית אחת, והממשק בין השכבות האפיטקסיאליות תלול. זה מקדם את הצמיחה של מוליכים למחצה III-V וחומרים הטרוגניים מרובי רכיבים אחרים. כיום, מערכת MBE הפכה לציוד תהליך מתקדם לייצור דור חדש של מכשירי מיקרוגל ומכשירים אופטו-אלקטרוניים. החסרונות של טכנולוגיית MBE הם קצב צמיחת סרט איטי, דרישות ואקום גבוהות ועלויות שימוש גבוהות בציוד ובציוד.

3.11 מערכת אפיטקסיה פאזה אדים

מערכת האפיטקסיה של שלב האדים (VPE) מתייחסת למכשיר גידול אפיטקסיאלי המעביר תרכובות גזים למצע ומשיג שכבת חומר גבישי יחידה עם סידור סריג זהה למצע באמצעות תגובות כימיות. השכבה האפיטקסיאלית יכולה להיות שכבה הומיאפיטקסיאלית (Si/Si) או שכבה הטרופיטקסיאלית (SiGe/Si, SiC/Si, GaN/Al2O3 וכו'). נכון לעכשיו, נעשה שימוש נרחב בטכנולוגיית VPE בתחומי הכנת ננו-חומר, התקני חשמל, התקנים אופטואלקטרוניים מוליכים למחצה, פוטו סולאריים ומעגלים משולבים.

VPE טיפוסי כולל אפיטקסיה של לחץ אטמוספרי ואפיטקסית לחץ מופחת, שקיעת אדים כימיים בוואקום גבוה במיוחד, שקיעת אדים כימיים אורגניים של מתכת וכו'. נקודות המפתח בטכנולוגיית VPE הן עיצוב תאי תגובה, מצב ואחידות זרימת גז, אחידות טמפרטורה ובקרת דיוק, בקרת לחץ ויציבות, בקרת חלקיקים ופגמים וכו'.

נכון לעכשיו, כיוון הפיתוח של מערכות VPE מסחריות מיינסטרים הוא טעינת פרוסות גדולות, בקרה אוטומטית מלאה וניטור בזמן אמת של הטמפרטורה ותהליך הצמיחה. למערכות VPE יש שלושה מבנים: אנכי, אופקי וגילי. שיטות החימום כוללות חימום התנגדות, חימום אינדוקציה בתדר גבוה וחימום קרינה אינפרא אדום.

כיום, מערכות VPE משתמשות בעיקר במבני דיסק אופקיים, בעלי המאפיינים של אחידות טובה של צמיחת סרט אפיטקסיאלי וטעינת רקיק גדול. מערכות VPE מורכבות בדרך כלל מארבעה חלקים: כור, מערכת חימום, מערכת נתיב גז ומערכת בקרה. מכיוון שזמן הגדילה של סרטים אפיטקסיאליים של GaAs ו- GaN הוא ארוך יחסית, נעשה שימוש בעיקר בחימום אינדוקציה וחימום התנגדות. בסיליקון VPE, צמיחת סרט אפיטקסיאלי עבה משתמשת בעיקר בחימום אינדוקציה; גידול סרט אפיטקסיאלי דק משתמש בעיקר בחימום אינפרא אדום כדי להשיג את המטרה של עלייה/ירידה מהירה בטמפרטורה.

3.12 Liquid Phase Epitaxy System

מערכת ה-Liquid Phase Epitaxy (LPE) מתייחסת לציוד הגידול האפיטקסיאלי שממיס את החומר המיועד לגידול (כגון Si, Ga, As, Al וכו') ודופטנטים (כגון Zn, Te, Sn וכו') מתכת עם נקודת התכה נמוכה יותר (כגון Ga, In וכו'), כך שהמומס רווי או על-רווי בממס, ואז המצע הגבישי היחיד נקשר עם התמיסה, והמומס מושקע מהממס על ידי מתקרר בהדרגה, ועל פני המצע גדלים שכבה של חומר גבישי עם מבנה גבישי וקבוע סריג דומה לזה של המצע.

שיטת LPE הוצעה על ידי Nelson et al. בשנת 1963. הוא משמש לגידול סרטי Si דקים וחומרי גביש בודדים, כמו גם חומרים מוליכים למחצה כגון קבוצות III-IV וכספית קדמיום טלוריד, וניתן להשתמש בו לייצור מכשירים אופטואלקטרוניים שונים, התקני מיקרוגל, התקני מוליכים למחצה ותאים סולאריים. .

———————————————————————————————————————————————— ———————————-

Semicera יכול לספקחלקי גרפיט, לבד רך/נוקשה, חלקי סיליקון קרביד, חלקי סיליקון קרביד CVD, וחלקים מצופים SiC/TaCעם תוך 30 יום.

אם אתה מעוניין במוצרי המוליכים למחצה לעיל,אנא אל תהסס לפנות אלינו בפעם הראשונה.

טל': +86-13373889683

WhatsApp: +86-15957878134

Email: sales01@semi-cera.com